冰箱除异味技术研究

任俊杰 胡海梅 刘鹏 吕秀凤

（合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

冰箱除异味技术研究

任俊杰 胡海梅 刘鹏 吕秀凤

（合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

本文主要论述了二氧化钛光催化降解冰箱异味的技术，通过正交试验研究了冰箱除异味技术方案，在考虑效果及成本等综合因素后，合理有效的低成本方案是选用LED紫外灯波长为365nm、Ag掺杂量为1.0%、触媒负载量为30%，此方案下三甲胺去除率为99.25%，乙硫醇的去除率为98.71%。

冰箱；三甲胺；乙硫醇；正交试验

1 引言

冰箱环境尤其是冷藏箱体内，长期处于高湿度和密闭的状态，极易滋生细菌、霉菌和产生异味，导致食品腐败和果蔬营养流失，影响了冰箱存储果蔬的存储时间和品质[1]。因此，研究冰箱杀菌净味技术是非常有意义的。根据杀菌净味的方式和作用原理的不同可分为物理法和化学法两种形式，物理方法主要有吸附法、膜分离法、过滤法和静电法，化学方法主要包括光催化法和离子化法[2]。物理方法在其技术可行的前提下，也有其自身的一些不足之处：较容易饱和，需要定期更换，并且吸附有机废气越多，其吸附性能会下降，据有关资料，平均1g活性炭纤维常温下可吸附0.2～0.25g的有机物质。目前行业开始考虑采用光催化氧化处理异味、恶臭污染物[3]。

纳米TiO2光催化材料具有性能稳定、氧化还原性强、无毒无污染等特点，可广泛应用于降解有机物、杀菌消毒、污水处理、空气净化等方面[4-5]。然而在光催化领域, 纳米TiO2也存在着光响应范围局限在紫外光区、激发的电子—空穴易复合、强氧化自由基寿命短等影响其光催化效率的问题, 并成为了TiO2光催化技术继续发展的瓶颈, 因此对纳米TiO2材料的修饰及改进的技术研究势在必行。催化剂掺杂贵金属被认为是一类可以有效抑制电子—空穴复合的方法，由于金属的费米能级低于半导体，在TiO2和金属元素接触时, 载流子重新分布, 光生电子迁移至费米能级较低的金属层, 抑制了电子与空穴的复合, 从而提高了光催化效率。另一方面，掺杂贵金属还可以改变催化剂的晶型结构和能带结构, 有利于吸收低能量光子，拓宽其光响应范围[6]。

2 技术分析

光催化效果的影响因素包括：TiO2粒径、载体、触媒掺杂金属种类及含量、触媒负载量及光波波长等。

光生电子和空穴从相体内扩散到催化剂表面的时间t与颗粒尺寸关系t=d2/（k2D），粒径与比表面积的关系：d=k/(ρ*s)，根据上述公式说明粒径越小光催化效果越好；然后，混有少量的金红石相的锐钛矿相更有利于光催化反应的提高，因为金红石相在光照下生成光生电子和空穴，其中的电子迁移到锐钛矿相的表面，而空穴依然保留在金红石相的表面，因而金红石相促进了氧化过程，而锐钛矿相促进了还原过程，而且TiO2粒径太小容易发生团聚，所以选择TiO2粒径为20nm左右。

常见的光催化载体有活性炭和活性碳纤维：活性炭的比表面积为500～1000m2/g，孔径由2nm的微孔、直径20～50nm的中孔、直径大于50nm的大孔组成；活性碳纤维，比表面积为1000～3000m2/g，微孔含量大（90%以上），平均孔径小于2nm；因此本文选用活性炭纤维作为载体进行研究。

二氧化钛本身不能满足各种类型反应的要求，因此，在二氧化钛上掺杂贵金属以提高其光催化活性成为当前活跃的研究课题。研究表明，在二氧化钛表面掺杂适量的Ag有利于光生电子与空穴的有效分离，降低还原反应的超电压，从而大大提高催化剂的活性[7]。

本论文在粒径为20nm的二氧化钛中掺杂银离子、以活性炭纤维为载体的基础上，对贵金属掺杂量、触媒负载量、LED紫外光波长三个因素的三个水平进行正交试验，从而研究出有效且成本较低的适用于冰箱的除异味方案。

3 实验设备与试剂

（1）气相色谱（岛津）。

（2）BCD-301风冷冰箱。

（3）三甲胺（分析纯）、乙硫醇（分析纯）。

4 实验方法

利用气相色谱仪对9个实验就模块去除三甲胺、乙硫醇两种气体进行分析，验证除异味杀菌保鲜模块正交试验表各因素水平的除异味效果。正交试验因素设定表如表1所示。

5 实验结果及分析

（1）三甲胺去除率正交试验结果如表2所示。（2）乙硫醇去除率正交试验结果如表3所示。（3）三甲胺去除率正交试验结果分析如表4所示。（4）乙硫醇去除率正交试验分析结果如表5所示。

从表4看出，A3、B2、C3均数最大，故最佳因素组合为A3B2C3，即LED紫外灯波长为365nm，Ag掺杂量为1.0%，负载量为30%。从表5看出，A3、B3、C3均数最大，故最佳因素组合为A3B3C3，即LED紫外灯波长为365nm，Ag掺杂量为1.5%，负载量为30%。

6 总结

分析上述正交试验数据，每组试验相对于空白试验具有很好的异味去除效果，异味去除率均达到90%以上，其中最高能达到99%以上。

从正交试验分析结果得出，当紫外灯波长为365nm，负载量为30%时，三甲胺、乙硫醇的去除率都达到最佳，此时Ag掺杂量却分别为1.0%和1.5%。因此，在考虑效果及成本等综合因素后，合理有效的方案应选用LED紫外灯波长为365nm，Ag掺杂量为1.0%，负载量为30%。

表1 正交试验因素设定表

表2 三甲胺去除率正交试验表

表3 三甲胺去除率正交试验表

表4 三甲胺去除率正交试验结果分析表

表5 乙硫醇去除率正交试验结果分析表

[1] 李志，钱梅双，陈艳君.电子羟基自由基用于冰箱环境内降解和杀菌的技术展望[J].家电科技，2014:124-126

[2] 马福党，范红娟.室内空气污染净化技术的研究进展[J].广东化工，2008,3(35):36-39

[3] 刘松华，周静.光氧催化+活性炭吸附工艺应用于含异味有机废气的处理[J].污染防治技术，2015,3(28): 37-38

[4] Fujishima A, Hashimoto K, Watanabe T. TiO2 Photocatalysis Fundamentals and Applications. Tokyo: BKC Inc,1999:1

[5] Hagfeldt A,Graetzel M.Chem Rev,1995,95:49-68

[6] 蔡彬，佘希林.纳米TiO2的光催化性能改进及其在环境保护中的应用研究[J].材料开发与应用，2011(4):79-85

[7] 章福祥，张秀，陈继新等.Ag/TiO2复合纳米催化剂的制备和表征及其光催化活性[J].催化学报，2003，24(11):877-880

The technology research about removing peculiar smell in refrigerator

REN Junjie HU Haimei LIU Peng LV Xiufeng
(Hefei Meiling Co.,Ltd. Heifei 230601)

This article mainly discusses the technology for degrading smells in refrigerator by titanium dioxide photocatalysis. Through orthogonal test to study the technical scheme of refrigerator smell degradation. After considering the composite factors such as, effect and cost, the reasonable low-cost scheme is utilizing LED ultraviolet light, which wavelength is 365mm, the Ag doping amount is 1.0%, and the catalyst loading is 30%. Under this scheme, the removal rate of trimethylamine is 99.25%, and the removal rate of ethanethiol is 98.71%.

Refrigerator; Trimethylaminec; Ethanethiol; Orthogonal test